DE2945175A1 - MEASURING DEVICE - Google Patents

MEASURING DEVICE

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DE2945175A1
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DE19792945175
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Neil Rutherford Laidlaw
Alexander Turnbull Shepherd
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    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/002—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring two or more coordinates

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Description

Patentanwälte Dipl. Ing. Hans-Jürgen MttHtr Dr. rer. nat. Thomas Berendt „ ,,Patent attorneys Dipl. Ing. Hans-Jürgen MttHtr Dr. rer. nat. Thomas Berendt ",,

Dr -Ing. Hans Leyh 6OhO I /3Dr -Ing. Hans Leyh 6OhO I / 3 Se38 O8MSndien80Se38 O8MSndia80

Unser Zeichen: A 14 328 Dr.Be/saOur reference: A 14 328 Dr.Be/sa

Ferranti LimitedFerranti Limited

Hollinwood, Lancashire, EnglandHollinwood, Lancashire, England

MeßvorrichtungMeasuring device

- 2 030021/0798 - 2 030021/0798

Beschreibungdescription

Die Erfindung betrifft eine Meßvorrichtung, insbesondere eine Vorrichtung zur Durchführung linearer Messungen in zwei Dimensionen (d.h. an Flächengebilden).The invention relates to a measuring device, in particular a device for performing linear measurements in two dimensions (i.e. on fabrics).

Es gibt viele Arten von Vorrichtungen für lineare Messungen in zwei Dimensionen, obwohl viele dieser Vorrichtungen komplizierte und aufwendige Vorrichtungen darstellen, die für dreidimensionale Messungen vorgesehen sind. Es besteht daher ein Bedarf für wenig aufwendige aber genaue Messvorrichtungen für Messungen in zwei Dimensionen. Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer derartigen Vorrichtung. There are many types of devices for linear measurements in two dimensions, although many of these devices represent complicated and expensive devices that are intended for three-dimensional measurements. It exists hence a need for inexpensive but precise measuring devices for measurements in two dimensions. task the invention is to provide such an apparatus.

Erfindungsgemäß wird eine Messvorrichtung geschaffen, die gekennzeichnet ist durch eine Fläche, auf welcher ein zu messender Gegenstand aufgebracht werden kann, ein optisches Gitter, daß sich über das brauchbare Gebiet der Fläche erstreckt, wobei das Gitter aus zwei Gruppen von dicht aneinander angeordneten parallelen Linien besteht, die sich senkrecht zu zwei Achsen in einem bekannten Winkel zueinander erstrecken, eine Stützvorrichtung, die bezüglich der Fläche in einer Ebene beweglich angeordnet ist, welche die beiden Achsen enthält und eine Sonde trägt, die oberhalb der Fläche angeordnet ist, sowie durch einen ersten und einen zweiten Lesekopf, welche von der Stützvorrichtung getragen werden und jeweils ein Index-Gitter, eine Lichtquelle und einen lichtempfindlichen Detektor aufweisen, die zusammen so angeordnet sind, daß sie mit dem optischen Gitter zusammen-According to the invention, a measuring device is created which is characterized by a surface on which a to measuring object can be applied, an optical grating that extends over the usable area of the surface, wherein the grid consists of two groups of closely spaced parallel lines that are perpendicular to two axes extending at a known angle to each other, a support device that is relative to the surface is arranged movably in a plane which contains the two axes and carries a probe above the Surface is arranged, and by a first and a second read head, which is carried by the support device and each have an index grating, a light source and a photosensitive detector that go together are arranged so that they are together with the optical grating

- 5 030021/0798 - 5 030021/0798

arbeiten, um elektrische Signale abzuleiten, die Bewegungen eines Indexpunktes anzeigen, wobei diese in der Ebene der Index-Gitter und auf der Achse der Sonde bezüglich zur Fläche in einer Richtung parallel zu der einen oder der anderen der beiden Achsen angeordnet sind und wobei das Index-Gitter des ersten Lesekopfs eine Gruppe von dicht aneinander angeordneten parallelen Linien trägt, die im wesentlichen senkrecht zu der einen der Achsen ausgerichtet und um diese Achse zentriert sind und das Index-Gitter des zweiten Lesekopfs eine Gruppe dicht aneinander angeordneter paralleler Linien trägt, die im wesentlichen senkrecht zu der anderen Achse und um diese andere Achse zentriert angeordnet sind.work to derive electrical signals indicating the movements of an index point, these being in the plane of the Index grid and on the axis of the probe with respect to the surface in a direction parallel to the one or the other on the other of the two axes and wherein the index grid of the first read head carries a group of closely spaced parallel lines which are oriented substantially perpendicular to one of the axes and are centered around this axis and the index grating of the second reading head is a group of closely spaced groups parallel lines which are arranged substantially perpendicular to the other axis and centered about this other axis.

Vorzugsweise sind die beiden Achsen senkrecht zueinander angeordnet.The two axes are preferably arranged perpendicular to one another.

Gewöhnlich wird das optische Gitter unter der fläche befindlich sein, um zu vermeiden, daß ein Teil des Gitters durch den zu messenden Gegenstand beschädigt wird. Das optische Gitter kann entweder ein reflektierendes oder ein durchlässiges Gitter sein, obwohl die Verwendung eines reflektierenden Gitters zu einer einfacheren mechanischen Anordnung führt.Usually the optical grating will be located below the surface in order to avoid any part of the grating is damaged by the object to be measured. The optical grating can be either reflective or reflective be a transmissive grating, although the use of a reflective grating results in a simpler mechanical one Arrangement leads.

Die Erfindung wird anhand eines Beispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.The invention is explained in more detail using an example with reference to the accompanying drawings.

Es bedeutenIt mean

Figur 1 eine schematische Seitenansicht einer Form der Messvorrichtung,Figure 1 is a schematic side view of one form of the measuring device,

Figur 2 eine Aufsicht auf die Messvorrichtung gemäß Figur 1,FIG. 2 shows a plan view of the measuring device according to FIG Figure 1,

- 6 -030021/0798- 6-030021/0798

Figur 3 undFigure 3 and

Figur 4 vergrößerte Aufsichten von alternativenFIG. 4 enlarged top views of alternatives Leseköpfen gemäß den Figuren 1 und 2 undRead heads according to Figures 1 and 2 and

Figur 5 eine Aufsicht auf eine zweite Form einer Messvorrichtung.Figure 5 is a plan view of a second form of a Measuring device.

Unter Bezugnahme auf die Figuren 1 und 2 ist erfindungsgemäß eine Basis 10 mit Führungsschienen 11 vorgesehen, wobei die Räder 12 eines Wagens 13 über diese Schienen 11 laufen. Der Wagen 13 ist in der Lage, seitlich auf den Wagenachsen 14, mit denen gegenüberstehende Räderpaare 12 verbunden sind, zu gleiten. Auf dem Wagen befindet sich eine Fläche 15, auf welcher ein zu messender Gegenstand aufgebracht werden kann. Die Unterseite der Fläche 15 trägt ein reflektierendes Gitter 16 mit über Kreuz angeordneten Linien, wovon ein Teil in Figur 2 dargestellt ist. Das Gitter hat die gleichen Dimensionen wie das brauchbare Gebiet der Fläche 15 und umfaßt zwei Gruppen von dicht aneinander angeordneten parallelen Linien, wobei die beiden Gruppen von Linien im rechten Winkel zueinander stehen. Auf einem starren StUtzarm 17 oberhalb der Basis 10 befindet sich eine Sonde 18 und mit der Basis 10 unterhalb dea Wagens ist eine Sockelplatte 19 verbunden, die zwei Leseköpfe trägt. Die Achse der Sonde 18 definiert einen Indexpunkt, der sich in der Ebene der Leseköpfe befindet.With reference to Figures 1 and 2, a base 10 is provided according to the invention with guide rails 11, wherein the Wheels 12 of a carriage 13 run over these rails 11. Of the Trolley 13 is able to move laterally on the trolley axles 14, with which opposing pairs of wheels 12 are connected, to slide. On the carriage there is a surface 15 on which an object to be measured can be placed. The underside of the surface 15 carries a reflective grating 16 with crossed lines, some of which are in Figure 2 is shown. The grid has the same dimensions as the useful area of surface 15 and comprises two Groups of closely spaced parallel lines, the two groups of lines being at right angles to each other. On a rigid support arm 17 above the Base 10 is a probe 18 and a base plate 19 is connected to the base 10 below the carriage carries two read heads. The axis of the probe 18 defines one Index point that is located in the level of the read heads.

Wie in den Figuren 1 und 2 dargestellt, ist der Wagen 13 längs der «inen Achse auf den Führungsschienen 11 beweglich und ebenfalle auf den Achsen 14 in Richtung einer senkrecht dazu stehenden Achse beweglich. Die Mittel zum Bewegen und Ausrichten des Wagens sind nicht im Einzelnen dargestellt und es sind hierfür viele alternative Anordnungen möglich.As shown in FIGS. 1 and 2, the carriage 13 is movable along the inner axis on the guide rails 11 and also movable on the axes 14 in the direction of an axis perpendicular thereto. The means of moving and Alignments of the carriage are not shown in detail and many alternative arrangements are possible.

Figur 3 zeigt eine vergrößert· Aufsicht auf die Sockelplatt· der Figuren 1 und 2. Wie bereits erwähnt trägt die Sockelplatt« 19 zwei Leseköpfe 21 und 22. Der Lesekopf 21 istFigure 3 shows an enlarged top view of the base plate 1 and 2. As already mentioned, the base plate 19 carries two reading heads 21 and 22. The reading head 21 is

030021/0797S"030021/079 7 S "

294517$294517 $

derjenige, der verwendet wird, um Bewegungen des Wagens parallel zur Y-Achse aufzufinden und umfaßt ein Gitter mit dicht aneinander angeordneten parallelen Linien 23 mit dem gleichen Zeilenabstand wie derjenige des kreuzweise angeordneten Linien- bzw. Strichgitters 16. Die Linien 23 erstrecken sich senkrecht zur Y-Achse und sind um die Y-Achse zentriert. Der andere Lesekopf 22, der derjenige ist, der verwendet wird, um Bewegungen des Wagens parallel zur X-Achse aufzufinden, besitzt ein Gitter mit dicht aneinander angeordneten parallelen Linien 24 mit dem gleichen Zeilenabstand wie das Linien- bzw. Strichgitter 16 mit kreuzweise angeordneten Linien. Die Linien 24 erstrecken sich senkrecht zur X-Achse und sind um die X-Achse zentriert. Jeder Lesekopf umfaßt ebenfalls eine Lichtquelle und lichtempfindliche Detektoren. Solche Leseköpfe gehören zu demjenigen Typ, der häufig bei Meßsystemen mit zwei Gittern verwendet wird und sie werden nicht im Einzelnen beschrieben. In ähnlicher Weise ist die elektrische Schaltung, die erforderlich ist, auf die Ausgabedaten der Leseköpfe anzusprechen, an sich bekannt. Da die Linien 23 und 24 den gleichen Zeilenabstand wie diejenigen des Gitters 16 mit kreuzweise angeordneten Linien aufweisen, müssen die Gitter der beiden Leseköpfe etwas abgeschrägt sein, um den erforderlichen Perlmutt-Randeffekt zu erzeugen. Die beiden Gruppen von Gittern können gemäß einer alternativen AusfUhrungsform parallele Linien mit einem geringfügig unterlichen Zeilenabstand aufweisen oder sie können Linien tragen, die jeweils durch einen Viertel—Zeilenabstand abgestuft sind.the one that is used to make movements of the chariot to be found parallel to the Y-axis and comprises a grid with closely spaced parallel lines 23 with the the same line spacing as that of the cross-wise arranged line or grating 16. The lines 23 extend perpendicular to the Y-axis and are centered around the Y-axis. The other read head 22, which is the one that is using is to find movements of the carriage parallel to the X-axis, has a grid with closely arranged parallel lines 24 with the same line spacing as the line or grating 16 with arranged crosswise Lines. The lines 24 extend perpendicular to the X-axis and are centered about the X-axis. Each read head also includes a light source and light sensitive detectors. Such read heads belong to the type that is often used in Measuring systems with two grids is used and they are not described in detail. Similarly, the electrical circuit that is required to respond to the output data of the read heads, known per se. Since the Lines 23 and 24 have the same line spacing as those of the grid 16 with lines arranged crosswise, the grids of the two read heads must be bevelled slightly in order to create the necessary mother-of-pearl edge effect. According to an alternative embodiment, the two groups of grids can have parallel lines with a slightly lower line spacing or they can carry lines, which are each graduated by a quarter line spacing.

Die Sonde 18 sollte vorzugsweise in senkrechter Richtung einstellbar sein, so daß sie dicht an die Oberfläche des zu messenden Gegenstand herangebracht werden kann. Sie kann in Form einer optischen Zielvorrichtung mit Fadenkreuz vorliegen. Jeder der beiden Leseköpfe kann derart angeordnet seil), daß die aufzuzeichnende Indexmarkierung innerhalb des Ge-The probe 18 should preferably be perpendicular be adjustable so that it can be brought close to the surface of the object to be measured. she can in the form of an optical aiming device with crosshairs. Each of the two reading heads can be arranged in such a way. that the index mark to be recorded is within the

030021/0798030021/0798

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biets des Lesekopfes liegt, wie in Figur 4 dargestellt ist.area of the read head, as shown in FIG.

Wenn die Leseköpfe wie oben angegeben hinsichtlich der Indexmarkierung angeordnet sind, werden die Fehler aufgrund einer falschen Ausrichtung des Wagens durch Drehung um eine senkrechte Achse auf ein Minimum vermindert.If the read heads are as stated above with regard to the index marking are arranged, the errors due to a misalignment of the carriage by rotation around a vertical Axis reduced to a minimum.

Figur 5 erläutert eine alternative Ausführungsform der Erfindung, wobei die Fläche 15 über die Basis 10 beweglich angeordnet ist und ihre Ausrichtung mittels eines Pantographs beibehalten wird, der zwei Paare parallel zueinander angeordneter Verbindungen 25 und 26 aufv/ei st. Das eine Verbindungspaar 25 ist mit dem einen Ende der Fläche 15 verbunden, während das andere Verbindungspaar 26 mit der Basis 10 verbunden ist.FIG. 5 illustrates an alternative embodiment of the invention, the surface 15 being arranged to be movable over the base 10 and their orientation is maintained by means of a pantograph, the two pairs of parallel to each other Connections 25 and 26 open. One pair of connections 25 is connected to one end of the surface 15, while the other pair of connections 26 is connected to the base 10.

Anstelle der fixierten Sonde und der fest angeordneten Leseköpfe und einer beweglichen Fläche gemäß obiger Beschreibung kann die Fläche in ihrer Lage fest angeordnet sein. Es kann dann ein geeigneter starrer Rahmen verwendet werden, um die Sonde und die Leseköpfe zu tragen, der so angeordnet ist, daß er sich bewegen kann unter Aufrechterhaltung der Ausrichtung zwischen den Lesekopfgittern und dem Gitter aus kreuzweise übereinanderliegenden Linien.Instead of the fixed probe and the fixed read heads and a movable surface as described above the surface can be fixed in its position. A suitable rigid frame can then be used to support the To carry the probe and read heads arranged so that it can move while maintaining alignment between the reading head grids and the grid of crosswise superimposed lines.

030021 /0798030021/0798

Claims (5)

2945Ί7§2945Ί7§ PatentansprücheClaims MeBvorrichtung, insbesondere zur linearen Vermessung von Flächengebilden, gekennzeichnet durch eine Fläche (15) zum Aufbringen eines zu messenden Gegenstandes, einem optischen Gitter (16), das sich über das brauchbare Gebiet der Fläche (15) erstreckt, wobei das Gitter aus zwei Gruppen von eng nebeneinander angeordneten parallelen Linien bzw. Strichen besteht, die sich senkrecht zu zwei Achsen in einem bekannten Winkel zueinander erstrecken, eine Stützvorrichtung, die bezüglich der Fläche (15) in einer Ebene beweglich ist, welche die beiden Achsen enthält, und eine Sonde (18) trägt, die oberhalb der Fläche (15) angeordnet ist, sowie einem ersten (21) und einem zweiten (22) Lesekopf, die von der Stützvorrichtung getragen werden und jeweils ein Index-Gitter (23,24) sowie eine Lichtquelle und einen lichtempfindlichen Detektor umfassen, welche zueinander derart angeordnet sind, daß sie mit dem optischen Gitter zusammenarbeiten und elektrische Signale, welche Bewegungen eines Indexpunktes anzeigen, ableiten, wobei diese in der Ebene der Index-Gitter und auf der Achse der Sonde angeordnet sind, die bezüglich der Fläche (15) in einer Richtung parallel zu der einen oder anderen der beiden Achsen sich befindet, wobei das Index-Gitter (23) des ersten Lesekopfes (21) eine Gruppe dicht aneinander angeordneter paralleler Linien trägt, die im wesentlichen senkrecht zu einer der Achsen und zentriert zu dieser Achse ausgerichtet sind und wobei das Index-Gitter (24) des zweiten Lesekopfes (22) eine Gruppe dicht aneinander angeordneter paralleler Linien trägt, die im wesentlichen senkrecht zu der anderen Achse und zentriert um diese andere Achse ausgerichtet sind.Measuring device, especially for the linear measurement of Flat structures, characterized by a surface (15) for applying an object to be measured, an optical one Grid (16), which extends over the usable area of the surface (15), wherein the grid consists of two groups of narrow juxtaposed parallel lines or lines, which are perpendicular to two axes in a known Extend at an angle to each other, a support device which is movable in a plane with respect to the surface (15), which contains the two axes, and carries a probe (18) which is arranged above the surface (15), and one first (21) and second (22) reading heads carried by the supporting device and each having an index grating (23,24) as well as a light source and a light-sensitive detector which are arranged in relation to one another in such a way that that they cooperate with the optical grating and provide electrical signals which movements of an index point indicate, deduce, these being arranged in the plane of the index grids and on the axis of the probe relative to of the surface (15) is in a direction parallel to one or the other of the two axes, the index grid (23) of the first reading head (21) bearing a group of closely spaced parallel lines which essentially perpendicular to one of the axes and centered on this axis and with the index grid (24) of the second Reading head (22) carries a group of closely spaced parallel lines which are substantially perpendicular to the other axis and centered around this other axis. - 3 -030021/0798- 3-030021/0798 TEDTED 2. Meßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Achsen senkrecht zueinander angeordnet stehen.2. Measuring device according to claim 1, characterized in that that the two axes are arranged perpendicular to each other. 3. Meßvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Gitter ein unter der Fläche (15) befindliches reflektierendes Gitter darstellt.3. Measuring device according to claim 1 or 2, characterized in that the optical grating is located under the surface (15) represents reflective grating. 4. Meßvorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Trägervorrichtung vorgesehen ist, die die Sonde (18) und die Leseköpfe (21,22) trägt und daß ein Wagen (13) vorgesehen ist, der über die Fläche (15) in Richtungen parallel der beiden Achsen beweglich ist.4. Measuring device according to claims 1 to 3, characterized in that that a carrier device is provided which carries the probe (18) and the reading heads (21,22) and that a Carriage (13) is provided which is movable over the surface (15) in directions parallel to the two axes. 5. Meßvorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Pantograph mit zwei Paar paralleler Verbindungen (25, 26) vorgesehen ist, die die Fläche (15) mit dem Stützgerüst (10) verbindet, um die Ausrichtung der Leseköpfe zu gewährleisten.5. Measuring device according to claims 1 to 4, characterized in that that a pantograph with two pairs of parallel connections (25, 26) is provided, which the surface (15) with the support frame (10) connects to ensure the alignment of the reading heads. 030021/0798030021/0798
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